BHW35材質的厚壁鍋筒制造難與工藝控制淺析
虞國鋒 李霽光
（南通萬達鍋爐有限公司 南通226014）
摘要：BHW35材料強度高，具有良好的綜合力學性能和工藝性能，廣泛應用于鍋爐行業(yè)高壓、超高壓、亞臨界鍋爐厚壁鍋筒中。但該材料制造要求嚴格，過程控制不當，極易出現質量問題。本文就BHW35厚壁鍋筒制造難點進行分析，從下料、封頭成形、筒節(jié)卷制、焊前預熱、消氫處理、焊后熱處理等重點工序提出有效的工藝措施及過程控制要求，為大容量、高參數鍋爐中BHW35材質的厚壁鍋筒制造提供一些可借鑒的經驗。
關鍵詞：BHW35材料厚壁鍋筒工藝措施技術要求 中圖分類號：X933.2
文章編號：1673-257X(2016)03-0027-03 DOI：10. 3969/j .issn .1673-257X．2016. 03. 006
根據我國節(jié)能減排、建設節(jié)約型社會的要求，發(fā)展大容量、高參數鍋爐是提高熱效率，降低能耗，節(jié)約一次能源，改善環(huán)境的必然趨勢。筆者公司主要生產循環(huán)流化床、垃圾爐、水煤漿鍋爐、余熱爐等環(huán)保節(jié)能產品為主A級鍋爐制造企業(yè)。最近，公司簽定了一臺額定蒸汽壓力11MPa高壓水煤漿鍋爐，該鍋爐鍋筒材料采用BHW35、厚度6 70mm。BHW35厚壁鍋筒制造難度較大，過程控制不當，極易出現裂紋。本文就BHW35材質的厚壁鍋筒制造難點進行分析、提出切實有效的工藝措施，為BHW35厚壁鍋筒提供一些可借鑒的經驗，以期收到拋磚引玉的效果。
1 BHW35鋼化學成分與力學性能
BHW35是德國研制鋼種，合金元素設計合理，組織穩(wěn)定，具有良好的綜合力學性能和工藝性能。該鋼種一般在正火加高溫回火狀態(tài)下使用，鋼中加入了微量的鈮細化晶粒，提高鋼的韌性和防止脆性破壞的能力。最先由德國蒂森鋼鐵公司和亨利鋼廠研制開發(fā)，我國后來開發(fā)的13MnNiM054鋼與BHW35相近。主要用于高壓、超高壓、亞臨界鍋爐厚壁鍋筒的制造。
2 BHW35厚壁鍋筒制造主要工藝流程（見圖1）
3制作難點
BHW35鋼強度高，鍋筒卷制時不嚴格進行過程控制，極有可能引起筒體卷制開裂；材料冷裂傾向，焊縫易產生延遲裂紋；焊后熱處理不當，焊縫的力學性能不合格等重大質量問題。
4工藝措施及過程控制要求
4.1下料
為減少溫差造成的應力，鋼板氣割下料前需進行預熱，推薦溫度為≥120℃。我國主要是舞陽鋼鐵廠生產，考慮到合金元素及雜質成分，預熱溫度建議適當提高， （生產實踐中一般150℃～200℃）。下料時可考慮用火焰加熱的方法進行預熱，預熱寬度為2倍的板厚且不小于100mm。氣割下料后必須將板的四周修磨成圓角，尤其鋼板的卷制方向。卷制時外側鋼板受拉應力，內側受壓應力，因此，鋼板的外側圓角要大一些（一般不小于R6mm），內側可小一些（一般R3mm左右）。避免氣割邊緣的缺口缺陷在筒節(jié)卷制時出現開裂。對于筒體縱縫，氣割去除預彎余量后，要對楔形坡口面仔細打磨，并進行100%MT，坡口表面不得有細微裂紋。
4.2封頭壓制
鋼的組織中奧氏體塑性高，屈服強度低，容易塑性加工成形。所以鋼的鍛造加工、熱壓成形常常要求在奧氏體穩(wěn)定存在的溫度區(qū)域范圍內。因而，封頭毛坯的加熱需在材料A3線上面。但溫度不能過高，溫度過高使奧氏體晶粒長得很粗大，致使塑性很差。甚至產生過熱或過燒現象。生產實踐中，BHW35材質的封頭壓制的加熱規(guī)范：始壓溫度970℃～1000℃，終壓溫度≥850℃；保溫時間：1.4～1.6min/mm。同時將熱電偶貼合放置在工件上，有效控制加熱規(guī)范。封頭熱加工后，為了恢復材料的力學性能，需進行正火加回火處理。為了驗證封頭的力學性能，封頭熱壓成型及熱處理過程中需同爐增加一塊試板。
4.3簡體卷制、坡口加工
BHW35鍋筒不采用冷卷工藝，可采用溫卷或熱卷工藝，熱卷加熱溫度：950～990℃。熱卷后為了滿足材料的機械性能，必須正火加高溫回火處理。生產實踐中，便于操作和成本考慮較多采用溫卷，溫卷溫度不超過鋼板出廠的回火溫度，一般600℃左右。
縱縫坡口采用V型坡口加墊板（見圖2），卷制后氣割加工坡口，氣割前必須預熱，預熱溫度150℃～200℃。氣割后打磨清理干凈，坡口表面100%MT探傷檢查。墊板碳弧氣刨清除，碳弧氣刨前預熱，清除后打磨清理干凈100%MT無損檢測合格后再焊接一層，以減少應力集中。筒節(jié)卷制后每節(jié)筒節(jié)上裝焊兩塊固定板防止筒節(jié)變形。
筒節(jié)的環(huán)縫一般采用UV型坡口形式（見圖3），筒節(jié)校圓后可采用大型車床等設備機加工而成。
4.4焊接、無損檢測要求
1)焊前預熱溫度150℃～200℃；
2)焊接時層間溫度不得過低，應控制在200～300℃，否則易產生裂紋。每層焊完后要清渣，防止產生未熔合、夾渣等缺陷；
3)焊劑嚴格烘干，鍋筒的縱縫、環(huán)縫、集中下降管、人孔圈焊縫焊后應立即進行消氫處理，消氫溫度：350～400℃，保溫時間2～3h。環(huán)縫消氫可采用環(huán)形罩式局部熱處理罩。縱縫消氫進爐整體處理，消氫過程不間斷，熱電偶放置在工件上，加強巡檢；
4) 縱、 環(huán)縫焊縫焊后應進行100%RT+100%UT+100%MT無損探傷，由于BHW35材料具有延遲裂紋的傾向，焊縫的無損檢測時機應在焊接完成24h后進行。
4.5熱處理要求（見圖4）
1)封頭壓制后為了恢復材料的力學性能，需正火加回火處理；
2)筒節(jié)縱縫校圓時，為了避免校圓時應力過大，增加中間熱處理；
3)正火保溫溫度：930±10℃，均熱2.0min/mm，保溫后空冷；回火保溫溫度：660±10℃，均熱3.0min/mm：
4)焊后熱處理：鍋筒焊后應進行整體熱處理，在熱處理前由檢驗員確認所有焊接工作已全部結束并經檢驗合格。焊后整體熱處理溫度：575±15℃，保溫后隨爐冷卻。
5)正火、焊后熱處理保溫時間：
t≤50mm時，0.04t小時，但不得少于15min；
t> 50mm時， (150+t)／100h;
6)加熱速度：
在加熱過程中，400 ℃以上溫度范圍內應控制加熱速度。
V1≤220×25/t，且最大不超過220℃/h
7)冷卻速度：
在冷卻過程中，300℃以上溫度范圍內應控制冷卻速度。
V2≤275×25／t，且最大不超過275℃／h
4.6其他一些要求
1)大口徑管孔開孔可采用氣割，氣割起點應在孔內，氣割后打磨掉滲碳層及氣割起點尖角，打磨后應進行100% MT探傷檢查；
2)該材料脆性轉變溫度較高，水壓試驗時試驗用水溫度大于50℃。
5結束語
BHW35厚壁鍋筒制造有較大難度，只要嚴格控制好卷制前的一些細節(jié)和卷制溫度，認真做好焊前預熱、焊后消氫處理、熱處理等工序，就能有效防止卷裂、焊接裂紋產生，達到材料的綜合力學性能，制造出質量優(yōu)良的產品。
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